Эта находящаяся под угрозой исчезновения мексиканская саламандра служит собственным хранилищем NAPA для потерянных частей тела, способной полностью регенерировать конечности, хвост, сердце, позвоночник и глаза, что делает ее образцом любопытства для биологов-регенераторов.На сегодняшний день большая часть научных исследований сосредоточена на изучении бластемы, замечательного кластера клеток, который формируется в основании ампутированной конечности или поврежденной ткани и является способом регенерации. Он каким-то образом координирует симфонию инструкций по повторному росту мышц, хрящей, костей, кровеносных сосудов, кожи — все в нужном месте и в нужное время, чтобы сделать конечность как новая.
Но ученые из исследовательской группы регенеративной биологии Института Моргриджа переключили внимание на эмбриональное происхождение аксолотля, чтобы найти новые ключи к разгадке редких способностей этого существа. В работе, опубликованной летом 2016 года в журнале Developmental Biology, исследователи рассмотрели 17 различных стадий развития эмбрионов аксолотлей и обнаружили весьма необычную серию всплесков изменений экспрессии генов, за которыми следовали стабильные периоды, что является уникальным для биологии развития.Эти «волны и впадины» генетических изменений появляются трижды: при первой активации генома, во время формирования раннего кишечника и во время формирования нервной системы. Этот образец дает ученым три горячие цели для сравнения с существующим банком информации о регенерации конечностей зрелых аксолотлей.
Направление первичного пути«У нас есть основания полагать, что то, что происходит в процессе регенерации конечностей взрослого человека, очень похоже на раннее развитие аксолотлей», — говорит Джеффри Нельсон, научный сотрудник Моргриджа и ведущий автор вычислительной биологии Пэн Цзян. В некотором смысле, взрослое животное может повторно активировать какой-то первичный путь, чтобы вызвать формирование конечностей.«Можем ли мы найти сходство в экспрессии генов, происходящей на этой ранней стадии, и в типах клеток, развивающихся в бластеме?» он спросил. «Это главный путь к применению этих данных».Цзян говорит, что проект уникален еще и тем, что раннее развитие аксолотлей редко изучается.
Поскольку аксолотль имеет такой огромный геном, он никогда не был полностью секвенирован — в отличие от лягушки, которая является основной моделью эмбрионального развития амфибий.«В отличие от других модельных видов, аксолотль похож на чистый лист», — говорит Цзян. «У нас нет полной картины, только снимки на разных этапах разработки».Эта работа включала эксперименты по секвенированию, которые позволили команде собрать воедино нити транскриптома аксолотля — молекулы информационной РНК, экспрессируемые в организме, — и сравнить их с известными транскриптомами у лягушек и людей.
Это позволило группе согласовать эти сломанные транскрипты с их генетической функцией. Пенг провел большую часть сравнительной работы в сотрудничестве с профессором биостатистики из Университета штата Вашингтон Колином Дьюи.
После регенерации "рецепт"Группа задается важным вопросом: когда конечность регенерируется, какие гены играют роль в этом процессе? И при более точном определении этого процесса, может ли существовать своего рода «рецепт», который можно было бы воспроизвести или усовершенствовать у других видов?
«Конечная цель — понять пути и молекулы, участвующие в регенеративных способностях этого организма», — говорит Нельсон. «Тогда мы можем спросить: имеет ли мышь аналогичные пути, и может ли она реактивировать спящие способности, которые, возможно, скрыты в ее геноме?»Это не надуманный вопрос. Регенерация — это не предложение «либо ты можешь, либо не можешь». Лягушки, мыши и многие другие виды обладают регенеративными способностями, но не на уровне сложности аксолотлей.
Например, Нельсон говорит, что лягушки могут до некоторой степени регенерировать конечности, но конечности вырастают до иглы и не могут различать пальцы. Мыши тоже могут восстанавливать кончики пальцев из ногтевого ложа, но не из более близких к телу.
«Есть тонкие подсказки о том, что эти способности существуют в других организмах, но по какой-то причине они не могут выполнять ту же регенерацию, что и аксолотли», — говорит он.А как насчет людей?
Так чего же не хватает людям? Очевидно, что люди очень хорошо регенерируют некоторые типы клеток, такие как клетки кожи, мышц и печени, но почти совсем не в клетках нервной системы или каких-либо сложных тканевых систем.
Нельсон говорит, что аксолотли особенно хороши в регенерации нервной системы, которая, по-видимому, играет центральную роль во всем процессе регенерации конечностей.В конечном счете, самый увлекательный вопрос заключается в том, может ли наука чему-то научиться у аксолотлей, что можно было бы применить в регенеративной медицине человека.
Хотя это все еще отдаленная перспектива, это основная причина, по которой исследования аксолотлей находятся в центре внимания регенеративной биологии Моргриджа, возглавляемой пионером стволовых клеток Джеймсом Томсоном.«Очень интересно быть включенным в контекст лаборатории Томсона и всей средой стволовых клеток и понять, как этот аксолотль может использовать те же пути, которые присутствуют в других организмах — и, возможно, в людях», — говорит Нельсон.
